冻土主被动微波辐射传输模拟及其辐射散射特性研究

本项目拟开展冻土的主/被动微波辐射传输正向模拟和冻土参数反演研究。首先通过改进冻土和未冻水的介电常数计算模型，并改进包含多成分密集随机散射粒子（土壤颗粒和冰颗粒）的致密介质理论，建立一个能够同时计算面散射和体散射作用，并考虑冻土自然分层特性的主/被动微波辐射传输正向模型；模拟各种条件下冻土的微波亮度温度和后向散射系数，定量分析冻土的微波辐射和散射特征；最后根据正向微波辐射传输模型通过多通道多角度的微波亮度温度和后向散射系数观测反演获得土壤温度、未冻水含量及含冰量等冻土参数。

本项目主要开展了冻土的微波辐射传输正向建模、主被动微波数据融合监测日地表冻融状态和年冻融循环的算法研究。通过改进冻土和未冻水的介电常数计算模型，并集成了考虑粒子散射相干作用的致密介质理论，建立了首个能够同时计算冻土面散射和体散射作用，并考虑冻土自然分层特性及上覆积雪层的多层微波辐射传输正向模型；通过模型敏感性分析确定了冻土深度、冻土温度、含冰量及未冻水含量对微波亮温的贡献和敏感程度；分析了不同频率时，微波亮温中散射消光、吸收消光、散射辐射及热辐射各自的贡献比例，为深入理解冻土内的微波辐射传输过程提供了重要依据；与一个冬季的AMSR-E亮温观测数据进行对比，发现该模型在不同频率表现均比较理想，平均RMSE在2K之内，能够满足定量反演和陆面数据同化的精度和效率要求。此外，还在模型理论支持下，发展了综合利用主动ASCAT散射计和被动AMSR-E辐射计一天四次过境数据，监测日内地表冻融循环的新算法，对中国区域的地表年冻融循环周期进行了细致划分和分析。